WO2012019582A2

WO2012019582A2 - Torsionsdämpfer/schwungrad-kombination

Info

Publication number: WO2012019582A2
Application number: PCT/DE2011/001457
Authority: WO
Inventors: Steffen Lehmann; Benjamin Stober
Original assignee: Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2012-02-16
Also published as: DE112011102700A5; WO2012019582A3; DE102011079054A1

Abstract

Bei einem Torsionsdämpfer (1) mit einem Eingangsteil (2), das drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist, und einem Nabenflansch (10), der mit einer Nabe (12) koppelbar ist, wobei das Eingangsteil (2) und der Nabenflansch (10) über wenigstens ein Energiespeicherelement (13) derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle über das wenigstens eine Energiespeicherelement an die Nabe übertragbar ist, wird der Einsatz bei einem begrenzten axialen Bauraum erlaubt, indem das Eingangsteil als Schwungrad ausgeführt ist.

Description

Torsionsdämpfer/Schwunqrad-Kombination

Die Erfindung betrifft einen Torsionsdämpfer mit einem Eingangsteil, das drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist, und einem Nabenflansch, der mit einer Nabe koppelbar ist, wobei das Eingangsteil und der Nabenflansch über wenigstens ein Energiespeicherelement derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle über das wenigstens eine Energiespeicherelement an die Nabe übertragbar ist.

Derartige Torsionsdämpfer sind im Stand der Technik bekannt und werden verwendet, um Torsionsschwingungen, die durch eine diskontinuierliche Krafteinleitung in eine Welle entstehen, zu dämpfen. Beispielsweise wird bei Antrieben mit Verbrennungsmotoren nur bei der Zündung eines Zylinders eine Kraft auf die Welle übertragen, die bei konstanter Drehzahl der Welle eine Schwingung mit einer festen Frequenz bewirkt. Derartige Torsionsschwingungen können mit dem bekannten Torsionsdämpfer zuverlässig gedämpft werden.

In der Praxis ergeben sich teilweise zusätzliche Probleme, beispielsweise durch einen begrenzten Bauraum, insbesondere in axialer Richtung. Dies ist insbesondere problematisch, wenn zusätzliche Komponenten wie ein Schwungrad an der Welle vorzusehen sind. Heutige Torsionsdämpfer und Schwungräder für Antriebsstränge ohne Kupplung sind getrennte Komponenten und werden separat montiert. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Torsionsdämpfer der oben genannten Art anzugeben, der den Einsatz bei einem begrenzten axialen Bauraum erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem Torsionsdämpfer mit einem Eingangsteil, das drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist, und einem Nabenflansch, der mit einer Nabe koppelbar ist, wobei das Eingangsteil und der Nabenflansch über wenigstens ein Energiespeicherelement derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle über das wenigstens eine Energiespeicherelement an die Nabe übertragbar ist, dadurch gelöst, dass das Eingangsteil als Schwungrad ausgeführt ist.

Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Schwungrad in dem Torsionsdämpfer zu realisieren, sodass sich ein kompaktes Bauteil ergibt, das sowohl die Funktion des Schwingungsdämpfers wie auch die des Schwungrads erfüllt. Durch die Ausführung des Eingangsteils als Schwungrad wird ein in axialer Richtung kompaktes Bauteil bereitgestellt.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Vorzugsweise ist an dem Eingangsteil wenigstens ein Massenbauteil vorgesehen oder anbringbar. Entsprechend kann die Schwungmasse durch die Anzahl und Art der verwendeten Massenbauteile exakt eingestellt werden, ohne dass konstruktive Änderungen des Eingangsteils erforderlich sind. Auch können universelle Eingangsteile verwendet und an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Je größer der radiale Abstand des Massenbauteils von der Welle, desto so größer ist die Energie, die bei einer Rotationsbewegung gespeichert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine Massenbauteil mit wenigstens einer Niete oder durch eine Schweißverbindung mit dem Eingangsteil verbunden o- der daran angebracht. Es ergibt sich eine dauerhafte Verbindung, die leicht herzustellen ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingangsteil im Wesentlichen als Kreisscheibe ausgeführt und weist an seinem Außenumfang einen Zahnkranz auf. Damit kann eine Ein- oder Auskoppelung einer Kraft in oder aus einer Welle direkt an dem Torsionsdämpfer erfolgen, ohne dass ein zusätzliches Element an der Welle erforderlich ist. Beispielsweise kann ein elektrischer Anlassermotor vorgesehen sein, um über den Zahnkranz die Kurbelwelle antreiben. Damit kann ein Verbrennungsmotor in Gang gesetzt werden. Bei Nichtbenutzung kann der Anlassermotor im Leerlauf betrieben werden, oder die Kopplung des Anlassermotors mit dem Zahnkranz wird aufgehoben.

Vorzugsweise ist an dem Eingangsteil ein Geberelement zur Erzeugung von Signalen zur Erfassung der Position und/oder der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle vorgesehen. Somit wird axialer Bauraum eingespart gegenüber einer Konstruktion, bei der das Geberelement separat an der Kurbelwelle angebracht ist. Das Geberelement kann an dem Eingangsteil befestigt oder einteilig damit ausgeführt sein.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Geberelement als Geberring ausgeführt, der an einem äußeren Umfangsbereich des Eingangsteils befestigt oder ausgebildet ist. Der Geberring kann an seinem äußeren Umfang eine Mehrzahl radialer Vorsprünge aufweisen, die einen Lichtstrahl unterbrechen oder reflektieren, was von einer Detektionseinheit erfasst werden kann, um die Position und/oder die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu bestimmen. Auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise mit einer magnetischen Signalerzeugung, können realisiert werden, wobei in diesem Fall die Vorsprünge nicht erforderlich sind. Der Geberring weist einen verglichen mit der Kurbelwelle großen Außenumfang auf, sodass er beispielsweise mit einer großen Anzahl Vorsprünge ausgeführt werden kann, um eine hohe Winkelauflösung zu erreichen. Vorzugsweise ist das Eingangsteil als Mitnehmerscheibe ausgeführt. Damit kann das Eingangsteil auch die Aufgaben einer Mitnehmerscheibe erfüllen, so dass diese nicht separat vorzusehen ist. Dadurch wird axialer Bauraum eingespart.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Eingangsteil aus gehärtetem Stahl hergestellt oder es umfasst Einsatzelemente aus gehärtetem Stahlblech. Entsprechend ist das Eingangsteil sehr stabil und kann als Auflagefläche für eine Reibeinrichtung dienen. Beim Einsatz als Mitnehmerscheibe werden eine geringe Abnutzung und damit eine lange Lebensdauer erreicht.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Eingangsteil und dem Nabenflansch eine Reibungsdämpfungseinrichtung vorgesehen ist. Die Reibungsdämpfungseinrich- tung bewirkt eine Reibungsdämpfung im Torsionsdämpfer und arbeitet parallel zu dem wenigstens einen Energiespeicherelement.

Vorzugsweise umfasst die Reibungsdämpfungseinrichtung einen Reibring und eine Tellerfeder. Der Reibring und die Tellerfeder sind zwischen dem Nabenflansch und dem Eingangsteil derart angeordnet, dass die Tel!erfeder mit dem Eingangsteil und der Reibring mit dem Nabenflansch in Anlage kommen. Prinzipiell ist es auch möglich, die Anordnung von Reibring und Tellerfeder zu vertauschen, so dass der Reibring mit dem Eingangstei! und die Tellerfeder mit dem Nabenflansch in Anlage kommen. Bei der Montage des Nabenflansches wird über die Tellerfeder vorgespannt, so dass eine Kraft auf den Reibring ausgeübt wird, um die Reibungsdämpfung zu erzeugen. Eine Dämpfungswirkung kann durch die ausgeübte Kraft eingestellt werden, beispielsweise durch die Auswahl der Tellerfeder mit einer gewünschten Federkonstanten oder die Einstellung der Vorspannung.

In einer bevorzugten Ausführungsform stützt sich die Tellerfeder an dem Nabenflansch ab und an dem Eingangsteil ist über Verbindungselemente, insbesondere Nieten, eine Gegenscheibe derart befestigt, dass die Gegenscheibe und das Eingangsteil auf in axialer Richtung verschiedenen Seiten des Nabenflansches positioniert sind, wobei die Tellerfeder drehfest an den Verbindungselementen gehalten ist. Dies reduziert den Verschleiß der Tellerfeder. Die Gegenscheibe ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine radiale Begrenzung der Federelemente bildet. Sie kann als Abdeckung der Federelemente ausgeführt sein, wodurch die Federelemente auf der dem Eingangsteil entgegengesetzten Seite in radialer Richtung geführt werden können. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Energiespeicherelemente als Federelemente, insbesondere als Druckfedern ausgeführt und in oder an dem Eingangsteil ist eine Führungseinrichtung für eine Führung der Federelemente vorgesehen oder ausgebildet. Bei mehreren Federelementen kann das Eingangsteil für jedes davon ein Führungselement umfassen, oder ein einzelnes Führungselement ist zur gemeinsamen Führung mehrerer Federelemente ausgeführt. Die Führungseinrichtung bildet eine radiale Begrenzung der Federelemente.

Auch haben sich Federelemente für den Einsatz in Torsionsdämpfern bewährt und können durch Kombination zur Einstellung einer jeweils gewünschten Gesamtfederhärte verwendet werden, um darüber eine gewünschte Dämpferkapazität zu erreichen. Die Kombinationen sind sowohl als Reihen- wie auch als Parallelschaltung einzelner Federelemente sowie beliebige Kombinationen daraus möglich. Als Federelemente sind einzelne Federelemente oder auch beliebige Kombinationen mehrerer einzelner Federelemente möglich. Ein Federelement kann beispielsweise mit einzelnen Schraubenfedern gebildet werden, indem die Schraubenfedern ineinander positioniert werden, wodurch auf kleinem Bauraum eine Parallelschaltung der Schraubenfedern realisiert wird.

Vorzugsweise umfasst die Führungseinrichtung eine Mehrzahl Federfenster, die in dem Eingangsteil ausgebildet sind und in denen die Federelemente zumindest teilweise positioniert sind. Dadurch wird ein radiales Ausknicken der Federelemente auch bei großen Drehzahlen reduziert. Diese Art der Führung kann ohne zusätzliche Bauteile realisiert werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingangsteil zumindest im Bereich der Federfenster gehärtet, um den Verschleiß zu reduzieren.

Weiterhin kann der Nabenflansch einteilig mit der Nabe ausgeführt sein. In diesem Fall bildet Die Nabe mit dem Torsionsdämpfer eine Einheit, die aufgrund der reduzierten Einzelbauteile leicht zu montieren ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei zeigt:

Figur 1 eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Torsionsdämpfer in

Kombination mit einem Schwungrad. Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Torsionsdämpfer 1 , Der Torsionsdämpfer 1 um- fasst ein Eingangsteil 2 aus einem gehärteten Stahl, das mit Schrauben 3 auf einer hier nicht gezeigten Kurbelwelle, die mit einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor gekoppelt ist, montierbar ist. Die Begriffe radial, axial und in Umfangsrichtung beziehen sich im Weiteren auf eine gemeinsame Drehachse des Torsionsdämpfers 1 und der Kurbelwelle.

Das Eingangsteil 2 ist im Wesentlichen als Kreisscheibe ausgeführt und weist an seinem äußeren Umfang einen Zahnkranz 4 auf. In den Zahnkranz 4 greift ein nicht gezeigter Anlassermotor mit einem ebenfalls nicht gezeigten Zahnkranz ein. An dem Eingangsteil 2 ist an einem ringförmigen Vorsprung 5 ein Geberring 6 als Geberelement vorgesehen, der an seinem äußeren. Umfang regelmäßig angeordnete, hier nicht einzeln sichtbare radiale Vorsprünge aufweist. Das Eingangsteil 2 weist durch seine Masse eine Trägheit auf, durch die es bei Rotation Energie aufnehmen kann. Das Eingangsteil 2 dient als Schwungrad in dem Torsionsdämpfer 1.

An dem Eingangsteil 2 ist über eine Mehrzahl in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Abstandsbolzen 7 eine Gegenscheibe 8, die als Ringscheibe ausgeführt ist, drehfest montiert. Zwischen dem Eingangsteil 2 und der Gegenscheibe 8 ergibt sich ein durch die Abstandsbolzen 7 definierter Freiraum 9, in dem ein Nabenflansch 10 angeordnet ist. In dem Nabenflansch 10 sind Aussparungen 11 vorgesehen, durch welche die Schrauben 3 zur Montage an der Kurbelwelle anbringbar sind. Der Nabenflansch 10 ist mit einer Nabe 12, die mit einer nicht dargestellten Getriebeeingangswelle eines nicht dargestellten Getriebes verbunden ist, drehfest gekoppelt.

Der Nabenflansch 10 ist mit dem Eingangsteil 2 über Federelemente 13 als Energiespeicher gekoppelt. Die Federelemente 13 umfassen zwei ineinander angeordnete Schraubendruckfedern, die in der Figur nicht einzeln gezeigt sind, die sich jeweils mit einem Ende an dem Eingangsteil 2 und mit dem anderen Ende an dem Nabenflansch 10 in Umfangsrichtung abstützen. In dieser Position liegen die Federelemente 13 teilweise in Federfenstern 14 des Eingangsteils 2 und werden darin und von der Gegenscheibe 8 radial geführt. Dadurch wird ein radiales Ausknicken der Federelemente 13 auch bei großen Drehzahlen reduziert.

Zwischen dem Eingangsteil 2 und dem Nabenflansch 10 ist eine Reibungsdämpfungseinrich- tung 15 mit einem Reibring 16 und einer Tellerfeder 17 angeordnet. Die Tellerfeder 1 liegt an dem Eingangsteil 2 an und kommt an ihrem äußeren Umfang mit den Abstandsbolzen 7 in Eingriff, wodurch sie drehfest an dem Eingangsteil 2 montiert ist. Der Reibring 16 liegt zwischen dem Nabenflansch 10 und der Tellerfeder 17 und wird durch eine Vorspannung der Tellerfeder 17, die durch das Montieren des Nabenflansches 10 erzeugt wird, gegen den Nabenflansch 10 und die Tellerfeder 17 gepresst.

Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Torsionsdämpfers 1 im Detail erläutert.

Ein Drehmoment wird von der Kurbelwelle auf das Eingangsteil 2 und die Abstandsbolzen 7 eingeleitet und über die Federelemente 13 auf den Nabenflansch 10 und auf die Nabe 12 ü- bertragen. Die Nabe 12 leitet das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle. Dabei dämpfen die Federelemente 13 bei einer diskontinuierlichen Krafteinleitung Torsionsschwingungen, die über die Kurbelwelle eingeleitet werden, wobei die Federelemente 13 gespannt und wieder entlastet werden. Dadurch speichern die Federelemente 13 bei einer großen Krafteinleitung Energie und geben sie bei einer verringerten Krafteinleitung wieder ab. Die Reibungs- dämpfungseinrichtung 15 bewirkt eine zusätzliche Schwingungsdämpfung durch Reibung.

Während des Betriebs wird die Rotation der Kurbelwelle mit dem Geberring 6 erfasst. Dazu ist eine nicht gezeigte Erfassungseinheit mit einer Lichtschranke vorgesehen, wobei die Lichtschranke derart positioniert ist, dass ihr Lichtstrahl während der Rotation des Geberrings 6 von den Vorsprüngen unterbrochen wird. Über die Geschwindigkeit der Unterbrechungen erfasst die Erfassungseinheit die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle.

Bezuqszeichenliste Torsionsdämpfer

Eingangsteil

Schraube

Zahnkranz

ringförmiger Vorsprung

Geberring

Abstandsbolzen

Gegenscheibe

Freiraum

Nabenflansch

Aussparung

Nabe

Federelement

Federfenster

Reibungsdämpfungseinrichtung

Reibring

Tellerfeder

Claims

Patentansprüche

1. Torsionsdämpfer (1 ) mit einem Eingangsteil (2), das drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist, und einem Nabenflansch (10), der mit einer Nabe (12) koppelbar ist, wobei das Eingangsteil (2) und der Nabenflansch (10) über wenigstens ein Energiespeicherelement (13) derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle über das wenigstens eine Energiespeicherelement (13) an die Nabe (12) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (2) als Schwungrad ausgeführt ist.

2. Torsionsdämpfer (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingangsteil (2) ein Geberelement (6) zur Erzeugung von Signalen zur Erfassung der Position und/oder der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle vorgesehen ist.

3. Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (6) als Geberring ausgeführt ist, der an einem äußeren Umfangsbereich des Eingangsteils (2) befestigt oder ausgebildet ist.

4. Torsionsdämpfer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (2) als Mitnehmerscheibe ausgeführt ist.

5. Torsionsdämpfer (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (2) aus gehärteten Stahl hergestellt ist oder Einsatzelemente aus gehärtetem Stahlblech umfasst.

6. Torsionsdämpfer ( ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingangsteil (2) und dem Nabenflansch (10) eine Rei- bungsdämpfungseinrichtung (15) vorgesehen ist.

7. Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungs- dämpfungseinrichtung (15) einen Reibring (16) und eine Tellerfeder (17) umfasst.

8. Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tellerfeder (17) an dem Nabenflansch (10) abstützt und an dem Eingangsteil (2) über Verbindungselemente (7), insbesondere Nieten, eine Gegenscheibe (8) derart befestigt ist, dass die Gegenscheibe (8) und das Eingangsteil (2) auf in axialer Richtung verschiedenen Seiten des Nabenflansches (10) positioniert sind, wobei die Tellerfeder (17) drehfest an den Verbindungselementen (7) gehalten ist.

Torsionsdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherelemente (13) als Federelemente, insbesondere als Druckfedern ausgeführt sind und in oder an dem Eingangsteil (2) eine Führungseinrichtung (14) für eine Führung der Federelemente (13) vorgesehen oder ausgebildet ist.

10. Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (14) eine Mehrzahl Federfenster umfasst, die in dem Eingangsteil (2) ausgebildet sind und in denen die Federelemente (13) zumindest teilweise positioniert sind.